外包勁性厚板方管混凝土柱施工技術(shù)研究

郭 斌，李海鵬，王曉寶

（中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，北京 100089）

0 引言

隨著建筑事業(yè)的發(fā)展，越來越多高層鋼混結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，矩形鋼管混凝土柱由于其操作性能較好[1-2]，廣泛應(yīng)用在高層鋼混建筑中，在施工過程中如何合理地進(jìn)行矩形鋼管混凝土的施工和質(zhì)量控制[3-4]，使其更有效地發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，來保證結(jié)構(gòu)安全性，是一個值得深入研究的問題。傳統(tǒng)大截面外包勁性厚板方管柱安裝，一般在混凝土澆筑前先通過鋼支架將鋼管柱安裝，再澆筑基礎(chǔ)大底板，但是安裝鋼柱用的鋼支架不可重復(fù)使用，且用鋼量較大，經(jīng)濟(jì)性較差[5]。

鑒于此，針對大截面外包勁性厚板方管的焊接制作、分節(jié)精度要求高及柱內(nèi)混凝土澆筑振搗密實(shí)度難以控制難等問題，亟待研究出一種簡單有效的大截面外包勁性厚板方管混凝土柱施工方式，來提高鋼管混凝土柱施工時鋼方管柱安裝、混凝土澆筑的施工質(zhì)量和施工效率。

1 工程概況

1.1 工程位置

本工程位于烏魯木齊市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)二期延伸區(qū)，2-02#公寓外框設(shè)24 根矩形鋼管混凝土柱，材質(zhì)為Q390GJ 和Q345，地下室部分為外包混凝土勁性柱。公寓外框鋼梁主要為焊接H 型鋼截面，局部為箱型截面，鋼梁材質(zhì)主要為Q345。公寓核心筒鋼結(jié)構(gòu)包括28 根矩形鋼管混凝土柱、樓層鋼梁和鋼支撐。樓層梁為焊接H 型和箱型截面。6 層及以下采用BRB 支撐，7 層及以上采用矩形鋼管支撐，公寓在34 層和58 層設(shè)置環(huán)桁架和伸臂桁架，桁架層層高5.4m。

2-03#酒店外框7 層及以下設(shè)26 根矩形鋼管混凝土柱，8 層及以上設(shè)40 根矩形鋼管柱，材質(zhì)為Q390 和Q345，地下室部分為外包混凝土勁性柱。2-03#酒店外框鋼梁主要為焊接H 型鋼截面，局部為箱型截面，鋼梁材質(zhì)主要為Q345。2-03#酒店核心筒鋼結(jié)構(gòu)包括20 根矩形鋼管混凝土柱、樓層鋼梁和鋼支撐。樓層梁為焊接H 型和箱型截面。6 層及以下采用BRB 支撐，7 層及以上采用矩形鋼管支撐。核心筒鋼構(gòu)件材質(zhì)主要為Q390和 Q345。2-03# 酒店在 7 層、27 層和 46 層設(shè)置環(huán)桁架，環(huán)桁架沿外框布置一周，腹桿采用矩形鋼管，材質(zhì)Q390 和 Q345。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)概況

本項(xiàng)目2-02#服務(wù)型公寓地下塔樓為混凝土結(jié)構(gòu)（有勁性混凝土柱），裙房為混凝土結(jié)構(gòu)，地上塔樓為鋼管混凝土外框-鋼支撐筒體結(jié)構(gòu)體系，地上裙房為鋼框架結(jié)構(gòu)。鋼柱截面形式主要為箱型，裙房部分鋼柱設(shè)計為圓管柱，鋼梁截面形式主要為H，局部設(shè)置箱型鋼梁，鋼梁從G 層開始設(shè)置連接，整體結(jié)構(gòu)平面形式為方形建筑。外框結(jié)構(gòu)設(shè)計24 根矩形鋼管混凝土柱，核心筒設(shè)計28 根矩形鋼管混凝土柱。

1.3 工程難點(diǎn)

本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)工程的構(gòu)件數(shù)量多，施工現(xiàn)場的焊接量巨大，由于構(gòu)件體型大，受到現(xiàn)場布置塔吊起重性能、運(yùn)輸設(shè)備與公路運(yùn)輸條件的限制，地下室及地上下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分段數(shù)增加，部分超寬構(gòu)件只能分主構(gòu)件和直發(fā)件發(fā)運(yùn)至工地，由此產(chǎn)生大量的橫焊縫、平焊和立焊縫及現(xiàn)場組裝的各種對接焊縫，導(dǎo)致現(xiàn)場焊接量的進(jìn)一步加大，而且焊縫的質(zhì)量要求高。

2 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)與關(guān)鍵操作要點(diǎn)

大截面外包勁性厚板方管混凝土柱的焊接制作是本工程的重難點(diǎn)，本工程焊制構(gòu)件采用大量中厚板，鋼板最厚達(dá)到100mm，且材質(zhì)為Q390GJ，厚板方鋼管柱的焊接質(zhì)量對本工程施工有直接性的影響，因此防止大截面型厚板鋼管柱的層狀撕裂，同時保證鋼管柱接頭質(zhì)量和延性、韌性性能，保證施工完成后的大截面勁性厚板鋼管柱有較小的焊接變形及殘余應(yīng)力，確保鋼管柱施工質(zhì)量是本工程的重點(diǎn)。

地上塔樓為鋼管混凝土外框-鋼支撐筒體結(jié)構(gòu)體系，鋼管柱混凝土澆筑密實(shí)度的控制質(zhì)量為重點(diǎn)。傳統(tǒng)方式施工一般采取串筒澆筑自密實(shí)混凝土輔助機(jī)械振搗的方法進(jìn)行。同時一般在橫隔板留置排氣孔，加強(qiáng)加勁板處混凝土加強(qiáng)振搗，并通過優(yōu)化混凝土配合比，來提高流動性能，保證混凝土的密實(shí)度。但此類施工方式并不能完全保證大截面鋼管內(nèi)混凝土澆筑的密實(shí)性。

本文為解決大截面外包勁性厚板方管混凝土柱施工過程中遇到的各類問題，通過查閱相關(guān)國內(nèi)外文件，研發(fā)了多個創(chuàng)新結(jié)構(gòu)來保證大截面勁性厚板方管混凝土柱的施工質(zhì)量和施工效率，主要創(chuàng)新如下。

2.1 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)

2.1.1 預(yù)應(yīng)力支架

預(yù)應(yīng)力支架由鋼管立柱、斜撐、橫桿、纜風(fēng)繩等組成，底板墊層內(nèi)設(shè)置底板墊層鋼筋網(wǎng)及預(yù)埋U 型拉環(huán)，支架鋼管立柱內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力束，支架鋼管立柱內(nèi)灌自密實(shí)混凝土，支架鋼管立柱頂部設(shè)置支架橫梁，支架橫梁頂面設(shè)置壓漿孔及預(yù)應(yīng)力錨具，支架橫梁內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力束，并灌自密實(shí)混凝土，支架橫梁兩端設(shè)置應(yīng)力錨具，支架鋼管立柱頂部設(shè)置支架拉環(huán)，支架拉環(huán)上設(shè)置纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩一端固定于預(yù)埋型拉環(huán)上。圖1 為預(yù)應(yīng)力支架結(jié)構(gòu)。

圖1 預(yù)應(yīng)力支架結(jié)構(gòu)

2.1.2 鋼管混凝土柱模板

鋼管混凝土柱模板外側(cè)設(shè)置加固方木，鋼管混凝土柱模板每隔1 米設(shè)置一道可調(diào)式卡箍，每兩片可調(diào)式卡箍拼合后在卡箍調(diào)節(jié)槽口內(nèi)設(shè)置緊固斜鐵，兩道可調(diào)式卡箍間模板四角均設(shè)置整體式U 型箍，整體式U 型箍用U 型箍固定螺桿及固定螺帽固定。

槽鋼背楞設(shè)置在鋼管混凝土柱模板，槽鋼背楞上設(shè)置外側(cè)溫度傳感器，鋼方管柱上設(shè)置直螺紋套筒，直螺紋套筒上設(shè)置對拉螺桿，對拉螺桿用卡扣固定在外側(cè)的方鋼管柱箍上，方鋼管柱箍內(nèi)設(shè)置方鋼管貫穿螺桿。圖2 為鋼管混凝土柱模板結(jié)構(gòu)。

2.1.3 焊接施工平臺

鋼方管柱外側(cè)設(shè)置鋼柱預(yù)留工字鋼，焊接施工平臺底部設(shè)置焊接平臺預(yù)留工字鋼，鋼柱預(yù)留工字鋼與焊接平臺預(yù)留工字鋼間設(shè)置固定螺桿。圖3 為焊接施工平臺結(jié)構(gòu)。

圖3 焊接施工平臺結(jié)構(gòu)

2.1.4 土建施工平臺

鋼管混凝土柱外側(cè)設(shè)置土建施工平臺，用于方管混凝土柱外包混凝土澆筑施工，土建施工平臺上設(shè)置振搗支架，振搗支架底部設(shè)置振搗支架底座，振搗支架底座上設(shè)置振搗支架控制電機(jī)及升降桿，升降桿頂面設(shè)置輔助水平移動橫梁，輔助水平移動橫梁上設(shè)置振搗棒控制環(huán)，振搗棒控制環(huán)內(nèi)設(shè)置振搗棒。圖4 為土建施工平臺結(jié)構(gòu)，圖5 為振搗支架結(jié)構(gòu)。

圖4 土建施工平臺結(jié)構(gòu)

圖5 振搗支架結(jié)構(gòu)

2.2 關(guān)鍵操作要點(diǎn)

2.2.1 預(yù)應(yīng)力支架安裝

底板墊層內(nèi)鋪設(shè)底板墊層鋼筋網(wǎng)支架預(yù)埋件、預(yù)埋U 型拉環(huán)，底板澆筑養(yǎng)護(hù)完成后在支架預(yù)埋件的預(yù)應(yīng)力夾具上安裝預(yù)應(yīng)力束，隨后安裝支架鋼管立柱、支架橫梁、橫桿、斜撐，張拉預(yù)應(yīng)力束后灌入自密實(shí)混凝土，隨后用預(yù)應(yīng)力錨具及帶孔封板封錨。

2.2.2 鋼方管柱腳灌漿

吊裝鋼方管柱，柱腳底板置于預(yù)應(yīng)力支架上，柱腳底板上的灌漿孔內(nèi)放入壓漿漏斗，隨后邊提壓漿漏斗邊灌漿。

2.2.3 焊接施工平臺搭設(shè)

鋼方管柱的鋼柱預(yù)留工字鋼上放置焊接操作平臺，兩者通過固定螺桿及固定螺帽連接，隨后進(jìn)行鋼方管柱的焊接。

2.2.4 鋼管混凝土柱模板搭設(shè)

在鋼方管柱外側(cè)支設(shè)鋼管混凝土柱模板，模板外側(cè)布置加固木方，加固木方外側(cè)每隔1m 設(shè)置一道可調(diào)式卡箍，安裝后通過緊固斜鐵固定，在兩道可調(diào)式卡箍中間位置四角分別設(shè)置整體式U 型箍，整體式U 型箍通過U 型箍固定螺桿及固定螺帽固定。

2.2.5 鋼管混凝土柱槽鋼背楞搭設(shè)

若鋼管混凝土柱截面較大，則在管混凝土柱模板外側(cè)設(shè)置槽鋼背楞及加固木方，并在槽鋼背楞外側(cè)安裝方管柱箍，方管柱箍內(nèi)安裝對拉螺桿，鋼方管柱外側(cè)焊接直螺紋套筒，并在直螺紋套筒上安裝對拉螺桿，并用卡扣固定于方管柱箍外側(cè)，同時在，鋼方管柱內(nèi)外側(cè)分別布置內(nèi)側(cè)溫度傳感器及外側(cè)溫度傳感器。

2.2.6 混凝土澆筑

在土建施工平臺上安裝振搗支架，調(diào)試好后安裝振搗棒，澆筑混凝土后開起振搗支架控制電機(jī)，通過調(diào)節(jié)振搗棒控制環(huán)水平移動，控制升降桿提升振搗棒完成振搗。

3 結(jié)語

本文的目的在于提高鋼管混凝土柱施工時鋼方管柱安裝、混凝土澆筑的施工質(zhì)量和施工效率，具有以下增益效果。

（1）鋼方管柱安裝采用預(yù)應(yīng)力支架體系，可大幅度減少用鋼量，同時可以提高支架的承載力，保證了鋼柱安裝的施工質(zhì)量。

（2）鋼管混凝土柱支模采用可調(diào)式卡箍件模板加固體系，模板外側(cè)設(shè)置槽鋼加固，模板外側(cè)設(shè)置套箍并均勻布設(shè)對拉螺桿，可調(diào)式卡箍件可適用于一定范圍內(nèi)截面寬度的鋼管混凝土柱模板固定，可多次重復(fù)使用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）鋼柱焊接時采用操作平臺，混凝土澆筑時采用溫度無線測控技術(shù)，混凝土澆筑采用振搗棒固定移動支架施工，整體施工效果較好。